3427

Уравнение состояния идеального газа и основное уравнение МКТ

Лекция

Физика

Уравнение состояния идеального газа и основное уравнение МКТ Основные положения и основные понятия МКТ. Уравнение состояния идеального газа. Опытные газовые законы.  Основное уравнение МКТ идеальных газов. Основные положения и...

Русский

2012-10-31

204.5 KB

55 чел.

Уравнение состояния идеального газа и основное уравнение МКТ

  1.  Основные положения и основные понятия МКТ.
  2.  Уравнение состояния идеального газа. Опытные газовые законы.
  3.  Основное уравнение МКТ идеальных газов.
  4.  Основные положения и основные понятия МКТ.

Существуют два основных метода описания физических явлений и построения соответствующих теорий:

  1.  молекулярно-кинетический (статистический);
  2.  термодинамический.

Молекулярно-кинетический метод рассматривает свойства физических объектов как суммарный результат действия всех молекул.

Поведение отдельной молекулы анализируется на основе законов классической механики, и полученные результаты распространяются на совокупность большого числа молекул с помощью статистического метода, использующего законы теории вероятности. Это возможно, поскольку движение каждой молекулы хотя и проходит по законам классической механики, но является случайным, т.к. скорости молекул подчиняются законам теории вероятности. Чем больше частиц в системе, тем лучше совпадают выводы статистической теории с результатами эксперимента.

Преимущество метода - ясная картина механизма рассматриваемого явления.

Недостаток - выводы МК теории являются результатом усреднения, поэтому являются приближенными.

Термодинамический метод основывается на введении понятия энергии и рассматривает все процессы с энергетической точки зрения, основываясь на законах сохранения и превращения энергии из одного вида в другой.

Молекулярная физика - раздел физики, изучающий строение и свойства вещества исходя из молекулярно-кинетической теории.

Идея об атомном строении вещества высказана древнегреческим философом Демокритом (400 г до н.э.). Как научная гипотеза теория атомизма возрождается в XVII веке и развивается в работах Ломоносова (18 век), объяснившего тепловые явления как результат движения мельчайших частиц вещества.

Основные положения МКТ базируются на ряде опытных данных и наблюдений (диффузия, броуновское движение).

  1.  Все вещества состоят из атомов или молекул.
  2.  Атомы всех веществ находятся в беспрестанном хаотическом движении.
  3.  Атомы (или молекулы) всех веществ взаимодействуют между собой.

Диффузия - явление проникновения молекул одного вещества между молекулами другого при их соприкосновении.

Броуновское движение – хаотическое движение взвешенных в жидкости или газе частиц.

Молекула - мельчайшая частица вещества, обладающая всеми его химическими свойствами.

mм 1026 кг, d 1010м.

Молекулярная масса - масса одной молекулы, измеряется в а.е.м.

вещество

масса м-лы (а.е.м.)

масса вещества (г)

число молекул

Н2

2

2

6,021023

С

12

12

6,021023

О2

32

32

6,021023

СО2

44

44

6,021023

1 моль - это количество вещества, в котором содержится столько атомов (или молекул), сколько их содержится в 12 г  - основная единица СИ.

Число Авогадро NА - это число атомов (или молекул), содержащихся в одном моле любого вещества. Молярная масса - масса одного моля.

число молей вещества

число атомов (молекул) вещества

  1.  Уравнение состояния идеального газа. Опытные газовые законы.

В МКТ используют идеализированную модель идеального газа.

Идеальный газ - это газ, молекулы которого можно рассматривать как материальные точки, а их взаимодействие носит характер абсолютно упругого удара. (при низком р и высокой Т реальные газы приближаются к идеальным).

Состояние некоторой массы газа определяется тремя термодинамическими параметрами: р,V,T.

Давление газа представляет собой результат ударов молекул газа о стенки сосуда, в котором газ находится.

[р]=1Па

[V]= 1м3

В соответствии с решением XI Генеральной конференции по мерам и весам (1960 г.) применяют две температурные шкалы - термодинамическую (Кельвина) и Международную практическую (Цельсия).

За 0С принята температура замерзания воды при р=1 атм. За 0 К принята температура, при которой должно прекратиться хаотическое движение молекул. Анализ различных процессов показывает, что 0 К недостижим, хотя приближение к нему сколь угодно близко возможно.

Градус Кельвина равен градусу Цельсия.

Т= tС+ 273, t

Между параметрами газа существует определенная связь, называемая уравнением состояния. Уравнение, связывающее параметры состояния идеального газа, называется уравнением состояния идеального газа или уравнением Клапейрона.

. (1)

Для данной массы идеального газа отношение произведения давления на объем к абсолютной температуре есть величина постоянная.

Определим значение константы  для определенного количества идеального газа, а именно для одного моля.

Согласно закону Авогадро 1 моль любого газа при нормальных условиях (Т0=273 К, р0=105 Па) имеет VМ= 22,410 м3

Для одного моля

Для произвольной массы газа

 уравнение Менделеева-Клапейрона – уравнение состояния идеального газа произвольной массы.

Уравнение (1) объединяет в себе три частных случая, три эмпирических закона для изопроцессов, т.е. процессов, при которых один из параметров остается постоянным.

  1.  Т= const - изотермический

- закон Бойля-Мариотта

Для данной массы идеального газа при Т= const произведение давления на объем есть величина постоянная.

  1.  р= const, -

закон Гей-Люссака

  1.  V=const, -

закон Шарля

  1.   Основное уравнение МКТ идеальных газов.

Основное уравнение МКТ связывает параметры состояния газа с характеристиками движения его молекул. Давление газа на стенки сосуда есть следствие бесчисленных столкновений молекул газа со стенками. Средняя сила, возникающая от совокупного действия всех молекул газа, определяет давление газа.

Представим себе сосуд в виде прямоугольного параллелепипеда, в котором содержится идеальный газ (рис.2). Вычислим давление газа на одну из стенок сосуда площадью S.

Рассмотрим удар одной молекулы, которая до удара двигалась стенке. Согласно закону сохранения импульса

,

изменение импульса вследствие удара одной молекулы.

За время t площадки S достигнут только те молекулы, которые заключены в объеме параллелепипеда с основанием S и высотой . Необходимо учитывать, что реально молекулы движутся к площадке S под разными углами. Для упрощения расчетов хаотическое движение молекул заменяют движением вдоль трёх взаимно перпендикулярных направлений, так что вдоль каждого из них движется 1/3 молекул, причем половина молекул (1/6) движется вдоль данного направления в одну сторону, половина - в противоположную.

концентрация молекул, их число в единице объема.

За время t изменение импульса стенки составит

Т.к.  

- сила, с которой молекулы воздействуют на стенку,

а давление, обусловленное этой силой, т.е. давление газа

Если в объеме V содержится N молекул, движущихся со скоростями , то целесообразно рассматривать среднюю квадратичную скорость, характеризующую всю совокупность молекул газа.

- основное уравнение МКТ

где - средняя кинетическая энергия поступательного движения одной молекулы.

Поскольку

Сопоставим уравнение Менделеева-Клапейрона и уравнение МКТ.

,

,

,

,

где  - постоянная Больцмана; .

Абсолютная температура есть мера средней кинетической энергии молекул.

Получим ещё одно выражение для давления:

.

Рис. 1

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

Рис. 2

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

65548. МЕТОДИ ТА СИСТЕМИ ВІДТВОРЕННЯ ЗОБРАЖЕНЬ НА БАЗІ ЛОГІКО-ЧАСОВИХ ПЕРЕТВОРЕННЬ 857.65 KB
  Для візуального подання інформації та її реалістичного відображення необхідно створити системи відтворення зображень серед яких перспективними є світлодіодні матричні екрани які широко використовуються в професійних інсталяціях.
65549. ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ ОБРОБКИ НА СЕРЕДНІХ ТОКАРНИХ ВЕРСТАТАХ ЗА РАХУНОК ОПТИМІЗАЦІЇ КОНСТРУКТИВНИХ ПАРАМЕТРІВ РІЗЦІВ І РЕЖИМІВ РІЗАННЯ 868.5 KB
  В умовах ринкової економіки вибір типа конструкції інструменту його параметрів режимів різання має бути кількісно обґрунтований з урахуванням багатьох технічних економічних і ергономічних факторів причому рішення що приймаються мають бути оптимальними.
65550. ТЕХНОЛОГІЯ СТРУКТУРНИХ МОДИФІКАЦІЙ ДЕГРАДАЦІЙНО-РЕЛАКСАЦІЙНИХ ПЕРЕТВОРЕНЬ В ФУНКЦІОНАЛЬНИХ МАТЕРІАЛАХ НА ОСНОВІ СТЕКОЛ ТА КЕРАМІКИ ДЛЯ СЕНСОРІВ ЕЛЕКТРОННОЇ ТЕХНІКИ 376.5 KB
  Визначальним фактором прогресу сучасного людського суспільства є розвиток матеріалознавства, пошук, розробка та широке впровадження принципово нових та синтетичних матеріалів з унікальними функціональними властивостями, високою надійністю і технологічною відтворюваністю.
65551. ІНВЕСТИЦІЙНА ПРИВАБЛИВІСТЬ СІЛЬСЬКОГОСПОДАРСЬКИХ ПІДПРИЄМСТВ 223 KB
  Тому одним із найважливіших завдань які стоять перед кожним з них зокрема та перед економікою країни в цілому є підвищення рівня інвестиційної привабливості. Особливої гостроти проблема підвищення інвестиційної привабливості набуває в сільському господарстві яке значно відстало...
65552. ПІДВИЩЕННЯ ТОЧНОСТІ ВИМІРЮВАННЯ ТЕМПЕРАТУРИ ТЕРМОПАРАМИ В ПРОЦЕСІ ЕКСПЛУАТАЦІЇ 1.36 MB
  Метою дисертації є розробка методу корекції похибки від набутої в процесі тривалої експлуатації термоелектричної неоднорідності електродів термопар на основі аналізу властивостей цієї похибки.
65553. ОРГАНІЗАЦІЙНО-ПЕДАГОГІЧНІ УМОВИ ПРОФЕСІЙНОЇ ПІДГОТОВКИ ФАХІВЦІВ ПОЖЕЖНО-РЯТУВАЛЬНОЇ СЛУЖБИ 295.64 KB
  Водночас важливим шляхом у процесі трансформування є глибоке осмислення й усвідомлення власного історичного досвіду звернення до національних джерел зародження і розвитку професійної підготовки фахівців пожежнорятувальної служби.
65554. Комплексна оцінка успішності інтродукції видів роду PICEA Dietr. в умовах Сходу України 317 KB
  На Сході України ялини є інтродукованими видами. Уперше для умов Сходу України: визначено особливості росту якісні показники селекційну структуру стан формове різноманіття та репродуктивну спроможність ялин; визначено перспективність застосування видів ялин для створення насаджень...
65555. УДОСКОНАЛЕННЯ АНАЛОГО-ЦИФРОВОЇ СИСТЕМИ СИНХРОННОГО СТЕРЕОФОНІЧНОГО РАДІОМОВЛЕННЯ З ПІЛОТ-ТОНОМ 467.5 KB
  Стереофонічний ефект і його якість є основою системи стереофонічного радіомовлення, тому має місце нагальна необхідність проведення подальших досліджень з встановлення необхідних захисних відношень за радіочастотою, що забезпечували би високу якість стереофонічного радіоприймання.
65556. Експериментально–розрахунковий аналіз деформацій циліндричних оболонок в зоні удару 1.99 MB
  Циліндричні оболонки можуть служити моделлю для ряду елементів конструкцій на які діють ударні навантаження. При розробці математичної моделі напружено-деформованого стану було використано систему рівнянь коливання оболонки типу С.